ES2575209T3 - Corneal tissue detection and monitoring device - Google Patents

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ES2575209T3 ES12753070.7T ES12753070T ES2575209T3 ES 2575209 T3 ES2575209 T3 ES 2575209T3 ES 12753070 T ES12753070 T ES 12753070T ES 2575209 T3 ES2575209 T3 ES 2575209T3
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Abstract

Aparato láser de cirugía ocular, que comprende - una fuente (12) de láser para crear un haz láser (14) con una longitud de onda variable, - unos elementos ópticos (26) que están adaptados para enfocar un haz láser que presenta una longitud de onda y una duración de impulso en un foco (80) dentro de un tejido corneal (60-68) de un ojo (16), y - un elemento de detección (50) adaptado para detectar, como una señal de producción de imágenes, una luz que está formada como múltiplo de frecuencia en el foco (80) y retrodispersada o emitida hacia delante, en el que se detecta la luz para producir información de imagen sobre el tejido corneal interior (60-68), en el que - la energía de impulso del haz láser (14) o es regulable de modo que la energía del haz en el foco (80) del haz láser (14) esté a un nivel de energía igual o superior al umbral para fotodisrupción del tejido corneal (60-68), de modo que el aparato láser sea utilizable con fines terapéuticos, o bien - la energía de impulso del haz láser es regulable de modo que la energía del haz en el foco (80) del haz láser (14) esté a un nivel de energía inferior al umbral para fotodisrupción del tejido corneal (60-68), de modo que el aparato láser con sea utilizable con fines de diagnóstico preoperatorio o interoperatorio, en el que se hace variar la longitud de onda variable dependiendo de la profundidad del foco (80) dentro del tejido corneal (60- 68) del ojo (16).Eye surgery laser apparatus, comprising - a laser source (12) for creating a laser beam (14) with a variable wavelength, - optical elements (26) that are adapted to focus a laser beam having a length wavelength and a pulse duration in a focus (80) within a corneal tissue (60-68) of an eye (16), and - a detection element (50) adapted to detect, as an image production signal , a light that is formed as a frequency multiple in the focus (80) and backscattered or emitted forward, in which the light is detected to produce image information on the inner corneal tissue (60-68), in which - the pulse energy of the laser beam (14) or is adjustable so that the beam energy in the focus (80) of the laser beam (14) is at an energy level equal to or greater than the threshold for photodisruption of corneal tissue (60 -68), so that the laser apparatus is usable for therapeutic purposes, or - Pulse energy of the laser beam is adjustable so that the beam energy in the focus (80) of the laser beam (14) is at a lower energy level than the threshold for photodisruption of the corneal tissue (60-68), so that The laser apparatus can be used for preoperative or interoperative diagnostic purposes, in which the variable wavelength is varied depending on the depth of focus (80) within the corneal tissue (60-68) of the eye (16).

Description

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Deteccion de tejido corneal y dispositivo de monitorizacion.Corneal tissue detection and monitoring device.

En la cirugfa ocular, tal como en la cirugfa mediante LASIK, puede recopilarse informacion para su utilizacion en la cirugfa. Por ejemplo, pueden medirse la forma o el grosor del tejido corneal antes de la cirugfa o la profundidad de los cortes realizados durante la cirugfa. Como otro ejemplo, pueden tomarse imagenes de cualquier cicatriz dentro del tejido corneal debido a cirugfas anteriores.In eye surgery, such as in LASIK surgery, information can be collected for use in surgery. For example, the shape or thickness of the corneal tissue can be measured before surgery or the depth of the cuts made during surgery. As another example, images of any scar within the corneal tissue can be taken due to previous surgeries.

Tal como se muestra en la figura 3, la cornea humana presenta cinco capas. La capa externa es el epitelio 64, una fina capa de tejido de celulas rapido crecimiento y facil regeneracion, normalmente compuesta por aproximadamente seis capas de celulas. A continuacion esta la capa 62 de Bowman, que es una capa de colageno condensada con un grosor de 8-14 mm que protege el estroma. El estroma 60 es una capa media gruesa, transparente, que incluye fibras de colageno dispuestas de manera regular (tambien denominadas “fibrillas”) y queratocitos interconectados escasamente distribuidos, que son celulas responsables del mantenimiento y reparacion generales. La membrana 66 de Descemet es una capa acelular con un grosor de aproximadamente 5-20 mm. Finalmente, el endotelio 68 es una capa de aproximadamente 5 mm de grosor de celulas ricas en mitocondrias.As shown in Figure 3, the human cornea has five layers. The outer layer is epithelium 64, a thin layer of rapidly growing and easily regenerating cell tissue, usually composed of approximately six layers of cells. Next is Bowman's layer 62, which is a condensed collagen layer with a thickness of 8-14 mm that protects the stroma. Stroma 60 is a thick, transparent middle layer, which includes regularly arranged collagen fibers (also called "fibrils") and sparsely interconnected keratocytes, which are cells responsible for general maintenance and repair. Descemet membrane 66 is an acellular layer with a thickness of approximately 5-20 mm. Finally, endothelium 68 is an approximately 5 mm thick layer of cells rich in mitochondria.

El estroma 60 es la capa mas gruesa de la cornea, representando hasta el 90% del grosor corneal. El estroma esta compuesto por aproximadamente 200 placas de fibrillas de colageno denominadas “laminillas”, superpuestas entre sf. Cada laminilla presenta un grosor de aproximadamente 1,5-2,5 mm. Las fibras de cada laminilla son paralelas entre sf, pero generalmente en angulos rectos con respecto a las fibras de laminillas adyacentes. Frecuentemente, las fibras se entrelazan entre capas adyacentes. Un remodelado, o reconstruccion, del estroma durante la cirugfa altera la capacidad de enfoque de la luz de la cornea, lo que puede corregir la vision de un paciente.Stroma 60 is the thickest layer of the cornea, representing up to 90% of the corneal thickness. The stroma is composed of approximately 200 plates of collagen fibrils called "lamellae", superimposed between each other. Each foil has a thickness of approximately 1.5-2.5 mm. The fibers of each lamella are parallel to each other, but generally at right angles to the adjacent lamella fibers. Frequently, the fibers are intertwined between adjacent layers. A remodeling, or reconstruction, of the stroma during surgery alters the ability to focus the light of the cornea, which can correct a patient's vision.

Un tipo de cirugfa predominante para la reconstruccion la cornea es la cirugfa LASIK (queratomileusis in situ asistida con laser), que se realiza utilizando un laser. La cirugfa LASIK se realiza normalmente en tres etapas. Una primera etapa crea un colgajo de tejido corneal. Una segunda etapa remodela la cornea bajo el colgajo con un laser. En una tercera etapa, vuelve a colocarse el colgajo.A predominant type of surgery for the reconstruction of the cornea is LASIK (laser-assisted keratomileusis in situ) surgery, which is performed using a laser. LASIK surgery is usually performed in three stages. A first stage creates a flap of corneal tissue. A second stage remodels the cornea under the flap with a laser. In a third stage, the flap is replaced.

Antes de realizarse la cirugfa LASIK, normalmente se mide el grosor de la cornea utilizando al menos una tecnica de paquimetrfa corneal. Durante la cirugfa, puede monitorizarse el corte del tejido corneal asf como la reconstruccion de la capa de estroma. Normalmente es deseable que la membrana de Descemet y el endotelio permanezcan ilesos mientras se corta el colgajo y se reconstruye la cornea. Sin embargo, los sistemas de diagnostico conocidos presentan una precision y una resolucion de imagen limitadas y son diffciles de integrar con los sistemas terapeuticos utilizados en la cirugfa LASIK.Before having LASIK surgery, corneal thickness is usually measured using at least one corneal pachymetry technique. During surgery, the corneal tissue cut can be monitored as well as the reconstruction of the stroma layer. Normally it is desirable that the Descemet membrane and endothelium remain unharmed while the flap is cut and the cornea is reconstructed. However, the known diagnostic systems have limited precision and image resolution and are difficult to integrate with the therapeutic systems used in LASIK surgery.

Los dispositivos de diagnostico conocidos para diagnostico preoperatorio e intraoperatorio de tejido corneal incluyen camaras de Scheimpflug y dispositivos de exploracion de tomograffa de coherencia optica (OCT). Las camaras de Scheimpflug utilizadas en paquimetrfa corneal presentan una resolucion de imagen limitada a aproximadamente 10 mm. Pueden utilizarse camaras de Scheimpflug para detectar la posicion de las superficies externas de la cornea, pero no proporcionan informacion sobre la estructura interior de la cornea.Known diagnostic devices for preoperative and intraoperative diagnosis of corneal tissue include Scheimpflug cameras and optical coherence tomography (OCT) scanning devices. Scheimpflug cameras used in corneal pachymetry have an image resolution limited to approximately 10 mm. Scheimpflug cameras can be used to detect the position of the external surfaces of the cornea, but do not provide information on the interior structure of the cornea.

La tomograffa de coherencia optica es una tecnica interferometrica que se utiliza para capturar imagenes tridimensionales desde el interior de medios de dispersion optica, tales como tejido biologico. Para aplicaciones en paquimetrfa corneal, los dispositivos de exploracion de OCT presentan una resolucion de aproximadamente 5-10 mm, que puede aumentar hasta aproximadamente 1-2 mm con tecnologfas conocidas. Las longitudes de onda utilizadas para la deteccion estan normalmente en el intervalo de 800-1300 nm.Optical coherence tomography is an interferometric technique that is used to capture three-dimensional images from within optical dispersion media, such as biological tissue. For applications in corneal pachymetry, OCT scanning devices have a resolution of approximately 5-10 mm, which can be increased to approximately 1-2 mm with known technologies. The wavelengths used for detection are normally in the 800-1300 nm range.

Los dispositivos de exploracion de OCT generan senales mediante la deteccion de diferencias significativas en los indices de refraccion de tejidos adyacentes. Los diferentes indices de refraccion de los tejidos adyacentes provocan desplazamientos de fase de la luz reflejada, o retrodispersada. Sin embargo, no pueden detectarse estructuras de tejido a escala submicrometrica ni los lfmites de tejido que no se distinguen por una amplia diferencia en su fndice de refraccion. Por ejemplo, utilizando un dispositivo de exploracion de OCT no puede detectarse la posicion y estructura de las fibrillas de colageno del estroma ni la estructura en capas de la cornea humana.OCT scanning devices generate signals by detecting significant differences in refractive indices of adjacent tissues. The different refractive indices of adjacent tissues cause phase shifts of the reflected, or backscattered light. However, tissue structures at a sub-micrometric scale and tissue boundaries that are not distinguished by a large difference in their refractive index cannot be detected. For example, using an OCT scanning device, the position and structure of the stromal collagen fibrils and the layered structure of the human cornea cannot be detected.

Las camaras de Scheimpflug y los dispositivos de exploracion de OCT utilizan unas longitudes de onda que se solapan con el intervalo de longitudes de onda utilizado por microscopios quirurgicos, por ejemplo, en el intervalo visual de 420 nm a 700 nm. Por tanto, la utilizacion de estos dispositivos de deteccion de manera intraoperatoria puede producir interferencias entre los sistemas, lo que conduce a una reduccion en la precision en la medicion y/o una calidad de imagen comprometida.Scheimpflug cameras and OCT scanning devices use wavelengths that overlap with the wavelength range used by surgical microscopes, for example, in the visual range of 420 nm to 700 nm. Therefore, the use of these detection devices intraoperatively can cause interference between the systems, which leads to a reduction in accuracy in measurement and / or compromised image quality.

El documento de Han et al., Second-harmonic Imaging of Cornea Intra-stromal Femtosecond Laser Ablation, Journal of Biomedical optics Vol. 9, n.° 4, 760-766, se refiere a una obtencion de imagenes del segundo armonico de la cornea tras una ablacion por laser de femtosegundos intraestromal. Para tratar quirurgicamente una muestraThe document by Han et al., Second-harmonic Imaging of Cornea Intra-stromal Femtosecond Laser Ablation, Journal of Biomedical optics Vol. 9, No. 4, 760-766, refers to obtaining images of the second harmonic of the cornea after laser ablation of intrastromal femtoseconds. To surgically treat a sample

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corneal, en particular, para una ablacion intraestromal y corte de colgajo, se emplea un laser de neodimio-cristal (Nd:cristal) que proporciona luz con una longitud de onda de 1060 nm y una duracion de impulso de 700 fs; se gufa el haz laser hacia el ojo a traves un par de lentes con una longitud focal variable (exploracion de Z) y de dos espejos galvanometricos que permiten una exploracion de XY rapida. El diametro del punto de laser en el plano focal es 5 mm. Para la obtencion de imagenes por generacion del segundo armonico (SHG), se emplea un microscopio multifotonico de exploracion de laser que presenta un laser de titanio-zafiro (Ti:Sa), que puede configurarse desde 700 hasta 1000 nm, como una fuente de laser de excitacion con una longitud de onda de emision de laser fijada a 880 nm.corneal, in particular, for an intrastromal ablation and flap cutting, a neodymium-crystal laser (Nd: crystal) is used that provides light with a wavelength of 1060 nm and an impulse duration of 700 fs; The laser beam is guided to the eye through a pair of lenses with a variable focal length (Z scan) and two galvanometric mirrors that allow a quick XY scan. The diameter of the laser point in the focal plane is 5 mm. For the generation of images by generation of the second harmonic (SHG), a multifontic laser scanning microscope is used that has a titanium-sapphire laser (Ti: Sa), which can be configured from 700 to 1000 nm, as a source of excitation laser with a laser emission wavelength set at 880 nm.

El documento WO 2008/002278 A1 se refiere a sistemas de obtencion de imagenes opticos para el analisis del tejido biologico con un alto coeficiente de dispersion optica tal como tejido hepatico. Un aparato microscopico optico no lineal obtiene imagenes de una muestra mediante la excitacion de luz sHg en la muestra en respuesta a la luz de excitacion de una fuente de excitacion, que es una fuente de excitacion de laser pulsado, en el que la potencia de la luz de excitacion que incide en la muestra es tal que no causa dano optico a la muestra tal como, por ejemplo, desnaturalizacion termica. Despues se recoge la luz SHG que se emite desde la muestra por un primer elemento condensador optico y se detecta por un detector optico sensible.WO 2008/002278 A1 refers to optical imaging systems for the analysis of biological tissue with a high coefficient of optical dispersion such as liver tissue. A nonlinear optical microscopic apparatus obtains images of a sample by exciting sHg light in the sample in response to the excitation light of an excitation source, which is a pulsed laser excitation source, in which the power of the Excitation light that affects the sample is such that it does not cause optical damage to the sample such as, for example, thermal denaturation. Then the SHG light that is emitted from the sample is collected by a first optical condensing element and detected by a sensitive optical detector.

El documento de Aptel et al., Multimodal Nonlinear Imaging of the Human Cornea, Investigative Ophthalmology and Visual Science, Vol. 51, n.° 5, 2459-2465, se refiere a la obtencion de imagenes no lineal y multimodal de la cornea humana. La obtencion de imagenes se realiza en un microscopio de SHG y por generacion del tercer armonico (THG) de exploracion de laser equipado con canales de deteccion en direccion hacia atras y hacia delante. La excitacion se realiza utilizando un oscilador de Ti:Sa y un oscilador parametrico optico bombeado de manera sfncrona que suministra impulsos de 100 a 150 fs en el foco de un objetivo. El microscopio incorpora espejos galvanometricos, objetivos de inmersion en agua motorizados y modulos fotomultiplicadores contadores de fotones. Para la obtencion de imagenes de THG, se utilizan longitudes de onda de excitacion de desplazamiento hacia el rojo de normalmente 1200 nm de modo que pueden utilizarse energfas de impulso mas altas mientras que se conserva la viabilidad celular, en la que la obtencion de imagenes de SHG se realiza con luz de excitacion de 860 nm.The document by Aptel et al., Multimodal Nonlinear Imaging of the Human Cornea, Investigative Ophthalmology and Visual Science, Vol. 51, No. 5, 2459-2465, refers to obtaining nonlinear and multimodal images of the human cornea . The imaging is done in a SHG microscope and by generation of the third harmonic (THG) laser scan equipped with detection channels in the direction back and forth. The excitation is performed using a Ti: Sa oscillator and an optically parametric oscillator that is pumped synchronously that supplies pulses of 100 to 150 fs in the focus of a target. The microscope incorporates galvanometric mirrors, motorized water immersion objectives and photomultiplier modules photon counters. For obtaining THG images, excitation wavelengths of redshift of normally 1200 nm are used so that higher impulse energies can be used while maintaining cell viability, in which obtaining images of SHG is performed with 860 nm excitation light.

El documento US 2005/0063041 A1 se refiere a una tecnica de obtencion de imagenes por microscopio utilizando ondas tanto de segundo como de tercer armonico de un espectro de excitacion de haz laser mediante una muestra para formar una imagen de la muestra. Un sistema de obtencion de imagenes por microscopio comprende un dispositivo de exploracion que recibe el haz laser desde un dispositivo laser de impulso corto. El haz laser, que se dirige al microscopio mediante el dispositivo de exploracion, se enfoca por una lente de objetivo del microscopio sobre una muestra biologica. El haz laser presenta una longitud de onda predeterminada, preferiblemente de 1230 nm. Los componentes de onda de segundo y tercer armonico se dirigen a fotodetectores y se convierten en senales electricas correspondientes, que despues se procesan para generar una imagen de la muestra.US 2005/0063041 A1 refers to a technique of obtaining images by microscope using both second and third harmonic waves of a laser beam excitation spectrum by means of a sample to form an image of the sample. A microscope imaging system comprises an scanning device that receives the laser beam from a short pulse laser device. The laser beam, which is directed to the microscope by the scanning device, is focused by a microscope objective lens on a biological sample. The laser beam has a predetermined wavelength, preferably 1230 nm. The second and third harmonic wave components are directed to photodetectors and become corresponding electrical signals, which are then processed to generate an image of the sample.

El documento de Han et al., Second Harmonic Generation Imaging of Collagen Fibrils in Cornea and Sclera, Optics Express, Vol. 13, n.° 15, paginas 5791-5797, se refiere a la obtencion de imagenes por generacion de segundo armonico de fibrillas de colageno en la cornea y esclerotica. La obtencion de imagenes de SHG se realiza con un microscopio multifotonico de exploracion de laser equipado con un laser de Ti:Sa de femtosegundos de modo bloqueado con una longitud de onda de emision de laser fijada a 800 nm. Se emplea un objetivo de inmersion en agua para enfocar el haz de excitacion y para recoger las senales de SHG de retorno, que se dirigidas a un detector de tubo de fotomultiplicador.The document by Han et al., Second Harmonic Generation Imaging of Collagen Fibrils in Cornea and Sclera, Optics Express, Vol. 13, No. 15, pages 5791-5797, refers to the obtaining of images by second harmonic generation of Collagen and sclerotic collagen fibrils. The imaging of SHG is performed with a multifontic laser scanning microscope equipped with a Ti: Sa laser of femtoseconds in a locked way with a laser emission wavelength set at 800 nm. A water immersion lens is used to focus the excitation beam and to collect the return SHG signals, which are directed to a photomultiplier tube detector.

El documento de Tan et al., Characterizing the Thermally Induced Structural Changes to Intact Porcine Eye, Part 1: Second Harmonic Generation Imaging of Cornea Stroma, Journal of Biomechanical Optics, Vol. 10, n.° 5, paginas 054019-1 a 054019-5, se refiere a la obtencion de imagenes por generacion de segundo armonico del estroma de la cornea. El microscopio de SHG es un microscopio multifotonico, en el que una salida a 880 nm de un laser en estado solido bombeado por diodo bombea un laser de Ti:Sa, que se utiliza como fuente de SHG. Se utiliza una potencia promedio de aproximadamente 24 mW en la muestra para la generacion de una senal de segundo armonico y la senal de SHG generada a partir de las fibras de colageno de la cornea se recoge con geometrfa de retrodispersion y se detecta mediante un tubo multiplicador de recogida de fotones individuales.The document of Tan et al., Characterizing the Thermally Induced Structural Changes to Intact Porcine Eye, Part 1: Second Harmonic Generation Imaging of Cornea Stroma, Journal of Biomechanical Optics, Vol. 10, No. 5, pages 054019-1 to 054019 -5, refers to obtaining images by generating a second harmonic stroma of the cornea. The SHG microscope is a multifotonic microscope, in which an output at 880 nm of a solid state laser pumped by diode pumps a Ti: Sa laser, which is used as a source of SHG. An average power of approximately 24 mW is used in the sample for the generation of a second harmonic signal and the SHG signal generated from the cornea collagen fibers is collected with backscatter geometry and detected by a multiplier tube of collecting individual photons.

Proporcionar un dispositivo de diagnostico separado, ademas del dispositivo terapeutico, tal como un laser de impulsos de femtosegundos, aumenta el coste total del equipo requerido para realizar la cirugfa.Providing a separate diagnostic device, in addition to the therapeutic device, such as a femtosecond pulse laser, increases the total cost of the equipment required to perform the surgery.

El documento WO 2011/103357 da a conocer un sistema de tomograffa de coherencia optica para cirugfa oftalmica. Se muestra, entre otras cosas, un sistema guiado por obtencion de imagenes, que utiliza un unico laser pulsado para producir luz o bien quirurgica o bien de obtencion de imagenes.WO 2011/103357 discloses an optical coherence tomography system for ophthalmic surgery. It shows, among other things, a system guided by imaging, which uses a single pulsed laser to produce light or surgical or imaging.

Por tanto, un objeto de ejemplos de la invencion es proporcionar un aparato laser de cirugfa ocular que mejora los aparatos existentes potenciando la precision en la medicion y/o la utilizacion durante cirugfa.Therefore, an object of examples of the invention is to provide a laser eye surgery apparatus that improves existing devices by enhancing precision in measurement and / or use during surgery.

Este objeto se consigue mediante un aparato laser de cirugfa ocular segun la reivindicacion 1.This object is achieved by means of a laser eye surgery apparatus according to claim 1.

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Segun un primer aspecto de la invencion, se proporciona un aparato laser de cirugfa ocular segun la reivindicacion 1. El aparato comprende elementos opticos que estan adaptados para enfocar un haz laser que presenta una longitud de onda y una duracion de impulso en un foco dentro de un tejido corneal de un ojo. Ademas, el aparato comprende un elemento de deteccion adaptado para detectar, como una senal de produccion de imagenes, luz que se forma, en el foco, como multiplo de frecuencia y se retrodispersa para producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior.According to a first aspect of the invention, an eye surgery laser apparatus according to claim 1 is provided. The apparatus comprises optical elements that are adapted to focus a laser beam having a wavelength and a pulse duration at a focus within a corneal tissue of one eye. In addition, the apparatus comprises a detection element adapted to detect, as an image production signal, light that is formed, in the focus, as a frequency multiplex and backscattered to produce image information on the inner corneal tissue.

La deteccion de luz retrodispersada a un multiplo de frecuencia permite la captura de imagenes con alta resolucion, puesto que la luz a un multiplo de frecuencia presenta una longitud de onda mas corta, y, por tanto, proporciona una resolucion de imagen mejorada.The detection of backscattered light at a multiple frequency allows the capture of images with high resolution, since the light at a multiple frequency has a shorter wavelength, and therefore provides an improved image resolution.

En una realizacion del primer aspecto, los elementos opticos pueden adaptarse para enfocar el haz laser sucesivamente en un foco adicional, que puede ubicarse a una profundidad diferente de la profundidad del foco anterior. El elemento de deteccion esta adaptado para detectar, como una senal adicional que produce imagenes, luz que se forma en dicho foco adicional, como un multiplo de frecuencia y retrodispersada o emitida hacia delante, para producir dicha informacion de imagen sobre el tejido corneal interior. La recogida de luz retrodispersada a partir de dos profundidades de foco diferente permite la formacion de una imagen tridimensional mediante, por ejemplo, la combinacion computacional de las senales de imagen de ambas profundidades.In an embodiment of the first aspect, the optical elements can be adapted to focus the laser beam successively on an additional focus, which can be located at a depth different from the depth of the previous focus. The detection element is adapted to detect, as an additional signal that produces images, light that is formed in said additional focus, such as a frequency multiple and backscattered or emitted forward, to produce said image information on the inner corneal tissue. The collection of backscattered light from two different depths of focus allows the formation of a three-dimensional image by, for example, the computational combination of the image signals of both depths.

En una realizacion adicional del primer aspecto, los elementos opticos pueden adaptarse para enfocar el haz laser sucesivamente hacia una pluralidad de focos a profundidades variables dentro del tejido corneal del ojo. El elemento de deteccion puede adaptarse para detectar, como senales de produccion de imagenes, luz que se forma, en cada uno de dichos focos, como un multiplo de frecuencia y retrodispersada o emitida hacia delante, para recabar informacion de imagen tridimensional sobre el tejido corneal interior. La recogida de luz retrodispersada a partir de una pluralidad de profundidades foco permite la formacion de imagenes tridimensionales mediante, por ejemplo, la combinacion computacional de las senales de imagen de la pluralidad de profundidades.In a further embodiment of the first aspect, the optical elements can be adapted to focus the laser beam successively towards a plurality of foci at varying depths within the corneal tissue of the eye. The detection element can be adapted to detect, as image production signals, light that is formed, in each of said foci, as a frequency multiplex and backscattered or emitted forward, to gather three-dimensional image information on the corneal tissue inside. The collection of backscattered light from a plurality of depths of focus allows the formation of three-dimensional images by, for example, the computational combination of the image signals of the plurality of depths.

La utilizacion del aparato laser de cirugfa ocular descrito anteriormente para la exploracion del tejido corneal interior de un ojo permite la deteccion de luz retrodispersada a un multiplo de frecuencia, que puede utilizarse para producir imagenes de alta resolucion de tejido corneal a la vez que se minimiza la interferencia con el microscopio de la operacion.The use of the laser eye surgery apparatus described above for the exploration of the inner corneal tissue of an eye allows the detection of backscattered light at a multiple of frequency, which can be used to produce high resolution images of corneal tissue while minimizing interference with the microscope of the operation.

El aparato laser de cirugfa ocular descrito anteriormente puede utilizarse con fines de diagnostico pre o intraoperatorio. La longitud de onda del haz laser se selecciona de modo que la energfa del haz en el foco del haz laser es mas baja que una energfa requerida para la fotodisrupcion del tejido corneal.The laser eye surgery apparatus described above can be used for pre or intraoperative diagnostic purposes. The wavelength of the laser beam is selected so that the beam energy at the focus of the laser beam is lower than an energy required for photodisruption of the corneal tissue.

El metodo de exploracion de un tejido corneal de un ojo no forma parte de esta invencion. Un haz laser que presenta una longitud de onda y una duracion de impulso se enfoca en un foco dentro de un tejido corneal de un ojo. Una luz que se forma, en el foco, como un multiplo de frecuencia y retrodispersada se detecta como una senal de produccion imagenes, para producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior.The method of scanning a corneal tissue of an eye is not part of this invention. A laser beam that has a wavelength and a pulse duration focuses on a focus within a corneal tissue of an eye. A light that is formed, in the spotlight, as a multiple frequency and backscattered is detected as an image production signal, to produce image information about the inner corneal tissue.

La deteccion de luz retrodispersada a un multiplo de frecuencia permite la captura de imagenes con alta resolucion, puesto que la luz a un multiplo de frecuencia presenta una longitud de onda mas corta, lo que normalmente proporciona una resolucion de imagen mejorada.The detection of backscattered light at a multiple frequency allows the capture of images with high resolution, since the light at a multiple frequency has a shorter wavelength, which normally provides an improved image resolution.

En este metodo, el haz laser puede enfocarse sucesivamente en un foco adicional, que esta ubicado a una profundidad diferente de la profundidad del foco anterior. Entonces se detecta una luz que se forma, en el foco adicional, como un multiplo de frecuencia y retrodispersada, como una senal adicional que produce imagenes y puede utilizarse para producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior. La recogida de luz retrodispersada a partir de dos profundidades de foco diferentes permite la formacion de una imagen tridimensional mediante, por ejemplo, la combinacion computacional de las senales de imagen de ambas profundidades.In this method, the laser beam can focus successively on an additional focus, which is located at a depth different from the depth of the previous focus. A light is then detected that is formed, in the additional focus, as a frequency multiplex and backscattered, as an additional signal that produces images and can be used to produce image information about the inner corneal tissue. The collection of backscattered light from two different depths of focus allows the formation of a three-dimensional image by, for example, the computational combination of the image signals of both depths.

Mas generalmente, el haz laser puede enfocarse sucesivamente hacia una pluralidad de focos ubicados en diferentes profundidades dentro del tejido corneal del ojo, y puede detectarse la luz que se forma, en cada uno de los focos, como un multiplo de frecuencia y retrodispersada como una senal de produccion de imagenes, y se recaba para producir informacion de imagen tridimensional sobre el tejido corneal interior. La recogida de luz retrodispersada a partir de una pluralidad de profundidades de foco permite la formacion de imagenes tridimensionales mediante, por ejemplo, la combinacion computacional de las senales de imagen de la pluralidad de profundidades.More generally, the laser beam can focus successively towards a plurality of foci located at different depths within the corneal tissue of the eye, and the light that forms, in each of the foci, can be detected as a frequency multiple and backscattered as a image production signal, and is collected to produce three-dimensional image information on the inner corneal tissue. The collection of backscattered light from a plurality of depths of focus allows the formation of three-dimensional images by, for example, the computational combination of the image signals of the plurality of depths.

En cualquiera de los aspectos y realizaciones anteriores, la pluralidad de focos puede estar en el estroma del ojo, permitiendo por tanto una deteccion en alta resolucion y una monitorizacion de capas y/o estructuras dentro del estroma.In any of the above aspects and embodiments, the plurality of foci may be in the stroma of the eye, thus allowing a high resolution detection and a monitoring of layers and / or structures within the stroma.

En cualquiera de los aspectos y realizaciones anteriores, la fuente de laser esta adaptada para crear un haz laser con longitudes de onda variables. En otras palabras, la fuente de laser esta adaptada para crear un haz laser conIn any of the above aspects and embodiments, the laser source is adapted to create a laser beam with variable wavelengths. In other words, the laser source is adapted to create a laser beam with

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una energfa de impulso variable. Como la energfa de impulso del haz laser depende de su longitud de onda, en el contexto de esta solicitud, los terminos “longitud de onda variable” y “energfa de impulso variable” pueden utilizarse de manera intercambiable. Proporcionar una longitud de onda variable / energfa de impulso variable permite la utilizacion de la fuente de laser tanto como con fines de diagnostico como terapeuticos.a variable impulse energy. Since the pulse energy of the laser beam depends on its wavelength, in the context of this application, the terms "variable wavelength" and "variable pulse energy" can be used interchangeably. Providing a variable wavelength / variable pulse energy allows the use of the laser source both for diagnostic and therapeutic purposes.

En cuanto a fines de diagnostico, la fuente de laser puede fijarse a una longitud de onda y/o una duracion de impulso correspondiente a una energfa baja, por ejemplo, el umbral de energfa es I<1012 W/cm2, lo que no provocara fotodisrupcion a la cornea, y se recoge informacion de imagen de luz retrodispersada a un multiplo de frecuencia. Por ejemplo, en cuanto a fines de diagnostico, puede fijarse una longitud de onda de aproximadamente 920 nm y una duracion de impulso de entre 150-180 fs; mas generalmente, se concibe cualquier longitud de onda y/o duracion de impulso que da como resultado una energfa que es mas baja que el umbral de energfa al cual se produce la fotodisrupcion del estroma, por ejemplo el umbral de energfa puede ser I<1012 W/cm2.As for diagnostic purposes, the laser source can be set to a wavelength and / or a pulse duration corresponding to a low energy, for example, the energy threshold is I <1012 W / cm2, which will not cause photodisruption to the cornea, and image information of backscattered light is collected at a frequency multiple. For example, in terms of diagnostic purposes, a wavelength of approximately 920 nm and an impulse duration of between 150-180 fs can be set; more generally, any wavelength and / or pulse duration is conceived which results in an energy that is lower than the energy threshold at which stromal photodisruption occurs, for example the energy threshold may be I <1012 W / cm2

En cuanto a fines terapeuticos, la fuente de laser puede fijarse a una longitud de onda y/o duracion de impulso correspondiente a una energfa lo suficientemente alta como para provocar fotodisrupcion de la cornea, por ejemplo, el umbral de energfa es I>1012 W/cm2. Por ejemplo, en cuanto a fines terapeuticos, puede fijarse una longitud de onda de aproximadamente 1030 nm y una duracion de impulso de aproximadamente 300 o 350 fs; mas generalmente, cualquier longitud de onda y/o duracion de impulso que da como resultado una energfa que es igual a o mayor que el umbral de energfa al cual se produce la fotodisrupcion del estroma, por ejemplo, el umbral de energfa puede ser I<1012 W/cm2.As for therapeutic purposes, the laser source can be set to a wavelength and / or pulse duration corresponding to an energy high enough to cause corneal photodisruption, for example, the energy threshold is I> 1012 W / cm2. For example, as for therapeutic purposes, a wavelength of approximately 1030 nm and an impulse duration of approximately 300 or 350 fs can be set; more generally, any wavelength and / or pulse duration that results in an energy that is equal to or greater than the energy threshold at which stromal photodisruption occurs, for example, the energy threshold may be I <1012 W / cm2

En cualquiera de los aspectos y realizaciones anteriores, se varfa la longitud de onda/energfa de impulso variable dependiendo de la profundidad del foco dentro del tejido corneal del ojo. La longitud de onda puede ser variable entre 700 y 1050 nm, o puede permanecer a una longitud de onda particular tal como 710 nm, 820 nm, 920 nm o 1030 nm. Longitudes de onda mas cortas tales como 700 nm producen senales de imagen de mayor resolucion, mientras que longitudes de onda mas largas tales como 1050 nm pueden penetrar mas dentro del tejido corneal. La sucesion de longitudes de onda de 710 nm, 820 nm, 920 nm y 1030 nm permite una realizacion de una exploracion completa de la cornea, a la vez que mantiene una alta resolucion de imagen.In any of the above aspects and embodiments, the variable pulse wavelength / energy is varied depending on the depth of focus within the corneal tissue of the eye. The wavelength can be variable between 700 and 1050 nm, or it can remain at a particular wavelength such as 710 nm, 820 nm, 920 nm or 1030 nm. Shorter wavelengths such as 700 nm produce higher resolution image signals, while longer wavelengths such as 1050 nm can penetrate deeper into the corneal tissue. The succession of wavelengths of 710 nm, 820 nm, 920 nm and 1030 nm allows a complete scan of the cornea to be carried out, while maintaining a high image resolution.

En cualquiera de los aspectos y realizaciones anteriores, la duracion de impulso del haz laser puede ser una duracion de impulso de femtosegundos de entre 10 y 400 fs, por ejemplo, 100 fs, 350 fs. Esta duracion de impulso proporciona suficiente energfa para que se produzcan multiplos de frecuencia de la longitud de onda inicial y se retrodispersen hacia la unidad de deteccion, pero garantiza que la energfa total de un impulso de laser permanence por debajo del umbral del fotodisrupcion del tejido corneal del ojo.In any of the above aspects and embodiments, the pulse duration of the laser beam can be a pulse duration of femtoseconds between 10 and 400 fs, for example, 100 fs, 350 fs. This pulse duration provides enough energy to produce multiples of frequency of the initial wavelength and backscatter to the detection unit, but ensures that the total energy of a laser pulse remains below the threshold of corneal tissue photodisruption Of the eye.

En cualquiera de los aspectos y realizaciones anteriores, la energfa de impulso del haz laser puede fijarse de modo que la energfa del haz en el foco del haz laser esta a un nivel de energfa mas bajo que el umbral para fotodisrupcion del tejido corneal, de modo que el aparato se puede utilizar con fines de diagnostico preoperatorio o interoperatorio. Alternativa o adicionalmente, cuando no esta utilizandose el aparato con fines de diagnostico durante cirugfa, la energfa de impulso del haz laser puede fijarse de modo que la energfa del haz en el foco del haz laser esta a un nivel de energfa que es igual o superior al umbral para fotodisrupcion del tejido corneal, de modo que el aparato se puede utilizar con fines terapeuticos.In any of the above aspects and embodiments, the pulse energy of the laser beam can be set so that the beam energy in the focus of the laser beam is at a lower energy level than the threshold for photodisruption of the corneal tissue, so that the device can be used for preoperative or interoperative diagnostic purposes. Alternatively or additionally, when the apparatus is not being used for diagnostic purposes during surgery, the pulse energy of the laser beam can be set so that the beam energy at the focus of the laser beam is at an energy level that is equal to or greater to the threshold for photodisruption of the corneal tissue, so that the apparatus can be used for therapeutic purposes.

En cualquiera de los aspectos y realizaciones anteriores, el multiplo de frecuencia puede ser una senal por generacion de segundo armonico (SHG) o por generacion de tercer armonico (THG).In any of the above aspects and embodiments, the frequency multiple may be one signal per second harmonic generation (SHG) or by third harmonic generation (THG).

La invencion se define en las reivindicaciones y se explicara adicionalmente basandose en las figuras adjuntas, que son esquematicas en su totalidad.The invention is defined in the claims and will be further explained based on the attached figures, which are schematic in their entirety.

La figura 1a muestra una representacion en bloques esquematica de elementos de un sistema de laser para tratamientos quirurgicos oculares.Figure 1a shows a schematic block representation of elements of a laser system for eye surgical treatments.

La figura 1b muestra una representacion en bloques esquematica de elementos de un sistema de laser segun una variante del sistema de laser mostrado en la figura 1a.Figure 1b shows a schematic block representation of elements of a laser system according to a variant of the laser system shown in Figure 1a.

La figura 2 muestra un diagrama esquematico de la cornea de un ojo humano.Figure 2 shows a schematic diagram of the cornea of a human eye.

La figura 3 muestra las capas de tejido corneal a lo largo de la seccion transversal A-A' del ojo mostrado en la figuraFigure 3 shows the corneal tissue layers along the cross-section A-A 'of the eye shown in the figure

2.2.

La figura 4 muestra un diagrama de bloques que ilustra los componentes del aparato laser mostrado en la figura 1a.Figure 4 shows a block diagram illustrating the components of the laser apparatus shown in Figure 1a.

Las figuras 1a y 1b muestran un sistema 10 de laser que comprende un aparato laser para enfocar un haz laser 14Figures 1a and 1b show a laser system 10 comprising a laser apparatus for focusing a laser beam 14

en un punto de enfoque dentro de un ojo 16.at a point of focus within an eye 16.

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El sistema de laser comprende una fuente 12 de laser. La fuente 12 de laser puede incluir, por ejemplo, un oscilador de laser (por ejemplo, oscilador de laser de estado solido); un preamplificador, que aumenta la potencia de impulso de los impulsos de laser emitidos desde el oscilador y simultaneamente los estira temporalmente; un selector de impulsos posterior, que selecciona impulsos de laser a partir de los impulsos de laser preamplificados del oscilador para reducir la tasa de repeticion hasta un grado deseado; un amplificador de potencia, que amplifica los impulsos seleccionados, todavfa temporalmente estirados, hasta la energfa de impulso necesaria para la aplicacion; y un compresor de impulsos, que comprime temporalmente la emision de impulsos desde el amplificador de potencia a la duracion de impulso deseada para la aplicacion.The laser system comprises a laser source 12. The laser source 12 may include, for example, a laser oscillator (eg, solid state laser oscillator); a preamplifier, which increases the pulse power of the laser pulses emitted from the oscillator and simultaneously stretches them temporarily; a rear pulse selector, which selects laser pulses from the preamplified laser pulses of the oscillator to reduce the repetition rate to a desired degree; a power amplifier, which amplifies the selected pulses, still temporarily stretched, up to the pulse energy needed for the application; and a pulse compressor, which temporarily compresses the pulse emission from the power amplifier to the desired pulse duration for the application.

La fuente 12 de laser genera un haz laser 14 pulsado. La duracion de impulso de los impulsos de radiacion se elige o bien para generar senales de luz reflejada o retrodispersada con fines de diagnostico o bien para crear incisiones en el tejido corneal de un ojo 16 de un paciente con fines de tratamiento. Los impulsos de radiacion del haz laser 14 presentan una duracion de impulso en el intervalo de nanosegundos, picosegundos, femtosegundos o attosegundos.The laser source 12 generates a pulsed laser beam 14. The pulse duration of the radiation pulses is chosen either to generate signals of reflected or backscattered light for diagnostic purposes or to create incisions in the corneal tissue of an eye 16 of a patient for treatment purposes. The radiation pulses of the laser beam 14 have a pulse duration in the range of nanoseconds, picoseconds, femtoseconds or attoseconds.

Ademas, el haz laser 14 generado por la fuente 12 de laser presenta una tasa de repeticion de impulsos adecuada para la aplicacion particular. La tasa de repeticion de los impulsos de radiacion emitidos desde el dispositivo 10 de laser y dirigidos sobre el ojo 16 pueden corresponderse a la tasa de repeticion de los impulsos de radiacion que se generan en la emision de la fuente 12 de laser. Alternativamente, una parte de los impulsos de radiacion que se emiten de la fuente 12 de laser puede bloquearse por medio de un interruptor optico 18 dispuesto en la trayectoria de radiacion del haz laser 14 de modo que no llegan al ojo 16. Esto puede ser necesario, por ejemplo, para un perfil de mecanizado predeterminado del ojo 16.In addition, the laser beam 14 generated by the laser source 12 has a pulse repetition rate suitable for the particular application. The repetition rate of the radiation pulses emitted from the laser device 10 and directed over the eye 16 may correspond to the repetition rate of the radiation pulses that are generated in the emission of the laser source 12. Alternatively, a part of the radiation pulses that are emitted from the laser source 12 can be blocked by means of an optical switch 18 arranged in the radiation path of the laser beam 14 so that they do not reach the eye 16. This may be necessary. , for example, for a predetermined machining profile of eye 16.

El interruptor optico 18, tambien denominado modulador de impulso, puede ser, por ejemplo, un modulador acustico- optico o un modulador electro-optico. Generalmente, el interruptor optico 18 puede incluir elementos opticamente activos arbitrarios que permiten un bloqueo rapido de impulsos de laser individuales. El interruptor optico 18 puede incluir, por ejemplo, una trampa de haz, indicada esquematica en 20, que sirve para absorber los impulsos de radiacion que van a bloquearse. El interruptor optico 18 puede desviar tales impulsos de radiacion van a bloquearse desde la trayectoria de haz normal de los impulsos de radiacion del haz laser 14 y dirigirlos a la trampa 20 de haz.The optical switch 18, also called the pulse modulator, can be, for example, an acoustic-optical modulator or an electro-optical modulator. Generally, optical switch 18 may include arbitrarily optically active elements that allow rapid blocking of individual laser pulses. The optical switch 18 may include, for example, a beam trap, indicated schematically at 20, which serves to absorb the radiation pulses to be blocked. The optical switch 18 may deflect such radiation pulses from the normal beam path of the radiation pulses of the laser beam 14 and direct them to the beam trap 20.

Componentes opticos adicionales que estan dispuestos en la trayectoria de haz del haz laser 14 incluyen un controlador de z 22 y un controlador de x-y 24. El controlador de z 22, por un lado, controla la ubicacion longitudinal del punto focal del haz laser 14; el controlador de x-y 24, por otro lado, controla la ubicacion transversal del punto focal.Additional optical components that are arranged in the beam path of the laser beam 14 include a z 22 controller and an x-y 24 controller. The z 22 controller, on the one hand, controls the longitudinal location of the focal point of the laser beam 14; The x-y 24 controller, on the other hand, controls the transverse location of the focal point.

En las figuras 1a y 1b se ha dibujado un marco de coordenadas que representa las direcciones de x-y-z en la region del ojo 16 con fines de ilustracion. En este contexto, el termino “longitudinal” se refiere a la direccion de propagacion de haz, que se designa convencionalmente como la direccion de z. De manera similar, “transversal” se refiere a una direccion transversal a la direccion de propagacion del haz laser 14, que se designa convencionalmente como el plano x-y.In Figures 1a and 1b a coordinate frame has been drawn that represents the directions of x-y-z in the region of the eye 16 for purposes of illustration. In this context, the term "longitudinal" refers to the direction of beam propagation, which is conventionally designated as the direction of z. Similarly, "transverse" refers to a direction transverse to the direction of propagation of the laser beam 14, which is conventionally designated as the x-y plane.

Para conseguir una desviacion transversal del haz laser 14, el controlador de x-y 24 puede incluir, por ejemplo, un par de espejos de exploracion de actuacion galvanometrica que pueden inclinarse alrededor de ejes mutuamente perpendiculares. El controlador de z 22 puede incluir, por ejemplo, una lente longitudinalmente ajustable o una lente de potencia refractiva variable o un espejo deformable con el que puede controlarse la divergencia del haz laser 14, y por tanto la posicion de z del foco de haz. Pueden incluirse una lente o espejo de este tipo en un expansor de haz que expande el haz laser 14 emitido desde la fuente 12 de laser. El expansor de haz puede configurarse, por ejemplo, como un telescopio de Galileo.To achieve a transverse deviation of the laser beam 14, the x-y controller 24 may include, for example, a pair of galvanometric actuation scanning mirrors that can be tilted around mutually perpendicular axes. The z controller 22 may include, for example, a longitudinally adjustable lens or a lens of variable refractive power or a deformable mirror with which the divergence of the laser beam 14 can be controlled, and therefore the position of z of the beam focus. Such a lens or mirror may be included in a beam expander that expands the laser beam 14 emitted from the laser source 12. The beam expander can be configured, for example, as a Galileo telescope.

El aparato laser de las realizaciones que se muestran en las figuras 1a y 1b comprende un objetivo 26 de enfoque dispuesto en la trayectoria de haz del haz laser 14. El objetivo 26 de enfoque sirve para enfocar el haz laser 14 sobre una ubicacion deseada sobre o dentro del ojo 16, asf como dentro de la cornea. El objetivo 26 de enfoque puede ser un objetivo de enfoque f-theta.The laser apparatus of the embodiments shown in Figures 1a and 1b comprises a focusing lens 26 arranged in the beam path of the laser beam 14. The focusing lens 26 serves to focus the laser beam 14 on a desired location on or inside eye 16, as well as inside the cornea. The focus objective 26 may be an f-theta focus objective.

El interruptor optico 18, el controlador de z 22, el controlador de x-y 24 y el objetivo 26 de enfoque no necesitan disponerse en el orden representado en las figuras 1a y 1b. Por ejemplo, el interruptor optico 18 puede estar dispuesto, sin perder la generalidad, en la trayectoria de haz aguas abajo del controlador de z 22. Si se desea, el controlador de x-y 24 y el controlador de z 22 pueden combinarse para formar una unidad estructural unica. No debe entenderse en absoluto como restrictivo el orden y agrupamiento de los componentes mostrados en las figuras 1a y 1b.The optical switch 18, the z controller 22, the x-y controller 24 and the focus lens 26 need not be arranged in the order shown in Figures 1a and 1b. For example, the optical switch 18 can be arranged, without losing the generality, in the beam path downstream of the controller of z 22. If desired, the controller of xy 24 and the controller of z 22 can be combined to form a unit unique structural. The order and grouping of the components shown in Figures 1a and 1b should not be understood at all as restrictive.

En el lado de salida de haz del objetivo 26 de enfoque, un elemento de aplanamiento 30a constituye una superficie de contacto de tope con la cornea del ojo 16. El elemento de aplanamiento 30a es transparente o translucido a la radiacion de laser. En el lado inferior, frente al ojo, el elemento de aplanamiento 30a incluye una cara 32a de tope con la cornea del ojo 16. En el caso a modo de ejemplo mostrado, la cara 32a de tope se realiza como una superficie plana. En determinadas realizaciones, la cara 32a de tope es concava o convexa. La cara 32a de tope nivela la cornea cuando se presiona el elemento de aplanamiento 30a contra el ojo 16 con una presion apropiada oOn the beam exit side of the focusing lens 26, a flattening element 30a constitutes a stop contact surface with the cornea of the eye 16. The flattening element 30a is transparent or translucent to laser radiation. On the lower side, facing the eye, the flattening element 30a includes a stop face 32a with the cornea of the eye 16. In the exemplary case shown, the stop face 32a is realized as a flat surface. In certain embodiments, the stop face 32a is concave or convex. The stop face 32a levels the cornea when the flattening element 30a is pressed against the eye 16 with an appropriate pressure or

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cuando se aspira la cornea sobre la cara 32a de tope mediante vacfo. Tal como se muestra en las figuras 1a y 1b, el ojo 16 se apoya contra la cara 32a de tope plana del elemento de aplanamiento 30a.when the cornea is aspirated on the abutment face 32a by vacuum. As shown in Figures 1a and 1b, the eye 16 rests against the flat stop face 32a of the flattening element 30a.

El elemento de aplanamiento 30a, el que en el caso de diseno paralelo al plano se designa habitualmente como placa de aplanamiento, se ajusta al extremo mas estrecho de un manguito 34a portador que se ensancha conicamente. La conexion entre el elemento de aplanamiento 30a y el manguito 34a portador puede ser permanente, por ejemplo mediante una fijacion por adhesion, o puede ser desprendible, por ejemplo, mediante un acoplamiento por atornillado. Tambien es concebible utilizar una parte optica unica moldeada por inyeccion que funciona como manguito 34a portador y como de elemento de aplanamiento 30a. De una manera no representada en detalle, el manguito 34a portador presenta estructuras de acoplamiento en su extremo de manguito mas ancho, que en los dibujos es el extremo superior. Las estructuras de acoplamiento son adecuadas para acoplar el manguito 34a portador sobre el objetivo 26 de enfoque.The flattening element 30a, which in the case of design parallel to the plane is usually referred to as a flattening plate, conforms to the narrower end of a carrier sleeve 34a that conically widens. The connection between the flattening element 30a and the carrier sleeve 34a can be permanent, for example by means of adhesion fixation, or it can be detachable, for example, by means of a screw coupling. It is also conceivable to use a single injection molded optical part that functions as a carrier sleeve 34a and as a flattening element 30a. In a manner not shown in detail, the carrier sleeve 34a has coupling structures at its wider sleeve end, which in the drawings is the upper end. The coupling structures are suitable for coupling the carrier sleeve 34a on the focus lens 26.

El sistema 10 de laser tambien comprende al menos un elemento de deteccion 50 que esta adaptado para detectar luz, que se forma como un multiplo de frecuencia en el foco y se retrodispersa hacia el elemento de deteccion 50, para asf producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior. El elemento de deteccion 50 puede ubicarse o bien dentro o bien fuera del manguito 34a portador.The laser system 10 also comprises at least one detection element 50 that is adapted to detect light, which is formed as a frequency multiple in the focus and backscattered to the detection element 50, so as to produce image information about the inner corneal tissue. The detection element 50 may be located either inside or outside the carrier sleeve 34a.

En la realizacion mostrada en la figura 1 b, un divisor 51 de haz, que puede ser un divisor dicroico, se proporciona en la trayectoria de haz, y el elemento de deteccion 50 se ubica en una posicion tal que una parte de luz desviada por el divisor 51 de haz se desvfa sobre el elemento de deteccion 50. En otras palabras, el elemento de deteccion 50 puede disponerse de modo que la luz retrodispersada, que se forma como un multiplo de frecuencia, se retrodispersa directamente al elemento de deteccion 50 (figura 1a). Alternativamente, el elemento de deteccion 50 puede disponerse de modo que la luz retrodispersada se retrodispersa al divisor 51 de haz dispuesto en la trayectoria de haz y despues se desvfa al elemento de deteccion 50 (figura 1b). El elemento de deteccion 50 es un fotodetector, por ejemplo, un tubo fotomultiplicador (PMT), un fotodiodo de avalancha (APD), un fotomultiplicador de silicio de alta ganancia (SPM), o cualquier otro sensor amplificador de luz.In the embodiment shown in Figure 1 b, a beam splitter 51, which may be a dichroic splitter, is provided in the beam path, and the detection element 50 is located in a position such that a portion of light deflected by the beam splitter 51 deflects on the detection element 50. In other words, the detection element 50 can be arranged so that the backscattered light, which is formed as a frequency multiple, is directly backscattered to the detection element 50 ( figure 1a). Alternatively, the detection element 50 may be arranged so that the backscattered light is backscattered to the beam splitter 51 arranged in the beam path and then deflected to the detection element 50 (Figure 1b). The detection element 50 is a photodetector, for example, a photomultiplier tube (PMT), an avalanche photodiode (APD), a high gain silicon photomultiplier (SPM), or any other light amplifying sensor.

La fuente 12 de laser, el interruptor optico 18, el elemento de deteccion 50 y los dos dispositivos de exploracion 22, 24, se controlan mediante un ordenador 36 de control, que funciona segun un programa 40 de control almacenado en una memoria 38. El programa 40 de control contiene instrucciones (por ejemplo, codigo de programa) que se ejecutan por el ordenador 36 de control para controlar la ubicacion del foco de haz del haz laser 14 en la cornea, en el cristalino o en cualquier otra ubicacion del ojo 16 que se apoya contra el elemento de contacto 30a.The laser source 12, the optical switch 18, the detection element 50 and the two scanning devices 22, 24, are controlled by a control computer 36, which operates according to a control program 40 stored in a memory 38. The control program 40 contains instructions (for example, program code) that are executed by the control computer 36 to control the location of the beam beam of the laser beam 14 in the cornea, in the lens or in any other location of the eye 16 which rests against the contact element 30a.

El sistema 10 de laser tambien puede comprender un modulo interfaz (no mostrado) conectado al ordenador 36 de control para permitir a un usuario introducir ordenes en el ordenador 36 de control. El modulo de interfaz puede comprender una pantalla o monitor para permitir al usuario ver la informacion del estado de los componentes del sistema de laser y/o los datos recogidos por al menos uno de los elementos de deteccion 50.The laser system 10 may also comprise an interface module (not shown) connected to the control computer 36 to allow a user to enter orders into the control computer 36. The interface module may comprise a screen or monitor to allow the user to view the status information of the components of the laser system and / or the data collected by at least one of the detection elements 50.

Las figuras 2 y 3 ilustran esquematicamente la cornea de un ojo humano. Para ilustrar las capas de la cornea, en la figura 3 se muestran ampliadas las capas de la cornea del ojo 16, tal como se explico en la introduccion.Figures 2 and 3 schematically illustrate the cornea of a human eye. To illustrate the layers of the cornea, in Figure 3 the layers of the cornea of the eye 16 are shown enlarged, as explained in the introduction.

La figura 4 ilustra esquematicamente los componentes del aparato laser. Tal como se muestra en la figura 4, el aparato laser comprende elementos opticos 42 que estan adaptados para enfocar un haz laser 14 dentro de un tejido corneal de un ojo 16. Los elementos opticos 42 comprenden al menos el controlador de z 22 y el objetivo 26 de enfoque del sistema 10 de laser de las figuras 1a y 1b, pero tambien pueden comprender la fuente 12 de laser, el modulador de ancho de impulso 18 y/o el controlador de x-y 24 mostrados en las figuras 1a y 1b.Figure 4 schematically illustrates the components of the laser apparatus. As shown in FIG. 4, the laser apparatus comprises optical elements 42 that are adapted to focus a laser beam 14 within a corneal tissue of an eye 16. The optical elements 42 comprise at least the z controller 22 and the objective. 26 of focus of the laser system 10 of figures 1a and 1b, but can also comprise the laser source 12, the pulse width modulator 18 and / or the xy controller 24 shown in figures 1a and 1b.

El aparato laser tambien comprende al menos un elemento de deteccion 50, que esta adaptado para detectar la luz que se forma como un multiplo de frecuencia en el foco y se retrodispersa o se emite hacia delante hacia el elemento de deteccion, para producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior.The laser apparatus also comprises at least one detection element 50, which is adapted to detect the light that is formed as a frequency multiple in the focus and is backscattered or emitted forward towards the detection element, to produce image information on the inner corneal tissue.

Cuando se utiliza el aparato laser con fines terapeuticos, se genera un haz 14 con suficiente energfa de haz en el foco 80, que esta ubicado a una profundidad 82, para cortar un patron de incision. Durante el mecanizado de la cornea, un patron de incision de este tipo corta completamente un volumen de tejido corneal del tejido corneal subyacente, como parte de una extraccion lenticular corneal o una queratoplastia corneal. Si se desea, este patron de incision puede subdividir adicionalmente el volumen de tejido cortado en una pluralidad de segmentos de volumen separados individualmente unos de otros.When the laser apparatus is used for therapeutic purposes, a beam 14 is generated with sufficient beam energy at the focus 80, which is located at a depth 82, to cut an incision pattern. During machining of the cornea, such an incision pattern completely cuts a volume of corneal tissue from the underlying corneal tissue, as part of a corneal lenticular extraction or a corneal keratoplasty. If desired, this incision pattern can further subdivide the volume of tissue cut into a plurality of volume segments individually separated from each other.

Cuando el aparato laser se utiliza con fines de diagnostico o de exploracion, una luz intensa en el foco 80 del haz laser 14 provoca tejidos altamente polarizados y no centrosimetricos, tales como colageno, para producir luz a un multiplo de frecuencia de la frecuencia de entrada.When the laser apparatus is used for diagnostic or scanning purposes, an intense light in the focus 80 of the laser beam 14 causes highly polarized and non-centrometric fabrics, such as collagen, to produce light at a multiple frequency of the input frequency .

La luz de frecuencia superior se produce parcialmente en la forma de senales por generacion de segundo armonico (SHG), que se crean cuando dos fotones de infrarrojo proximo interaccionan con materiales altamente polarizados, no centrosimetricos, para generar un unico foton visible con el doble de energfa y la mitad de longitud de onda.Higher frequency light is partially produced in the form of signals by second harmonic generation (SHG), which are created when two near-infrared photons interact with highly polarized, non-centimeter materials, to generate a single visible photon with twice as much energy and half wavelength.

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

Tambien puede producirse luz de frecuencia superior en forma de senales por generacion de tercer armonico (THG), que se crean cuando tres fotones de infrarrojo proximo interaccionan con materiales altamente polarizados no centrosimetricos para generar un unico foton visible con el triple de energfa y una tercera parte de la longitud de onda. Aunque en la presente memoria solo se describen en detalle senales de SHG y THG, se indica que tambien son posibles otras senales de armonicos de orden superior.Higher frequency light can also be produced in the form of signals by generation of third harmonic (THG), which are created when three near-infrared photons interact with highly polarized non-centered materials to generate a single visible photon with triple energy and a third Part of the wavelength. Although only SHG and THG signals are described in detail herein, it is indicated that other higher order harmonic signals are also possible.

La luz dentro del haz laser 14 provoca que estructuras de colageno de la cornea que estan ubicadas dentro del foco 80 emitan fotones a multiplos de frecuencia de la frecuencia de la luz que forma el haz laser 14. En un ejemplo, si la luz dentro del haz laser 14 presenta una longitud de onda de 1=1030 nm, entonces se produce una senal de SHG a la frecuencia 1shg=515 nm, y se produce una senal de THG a 1thg=343 nm.The light inside the laser beam 14 causes collagen structures of the cornea that are located within the focus 80 to emit photons at multiples of the frequency of the light that forms the laser beam 14. In one example, if the light within the laser beam 14 has a wavelength of 1 = 1030 nm, then a SHG signal is produced at the frequency 1shg = 515 nm, and a THG signal is produced at 1thg = 343 nm.

Cuando se excita por el haz laser 14, se emite luz de frecuencia superior en forma de senales de SHG y THG a partir de las estructuras de colageno de la cornea. La luz de frecuencia superior se dispersa en todas las direcciones produciendo senales en forma de haces retrodispersados 86. El elemento de deteccion 50 detecta estas senales y las utiliza para producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior.When excited by laser beam 14, higher frequency light is emitted in the form of SHG and THG signals from the collagen structures of the cornea. The higher frequency light disperses in all directions producing signals in the form of backscattered beams 86. The detection element 50 detects these signals and uses them to produce image information on the inner corneal tissue.

El diametro del foco 80 del haz laser 14 puede ser de entre aproximadamente 1 mm y 10 mm. El diametro del foco 80 del haz laser 14 se selecciona para superar el tamano de las estructuras o celulas que deben examinarse, por ejemplo, el diametro del foco 80 puede fijarse a 1,5 mm.The focus diameter 80 of the laser beam 14 can be between about 1 mm and 10 mm. The diameter of the focus 80 of the laser beam 14 is selected to exceed the size of the structures or cells to be examined, for example, the diameter of the focus 80 can be set to 1.5 mm.

El controlador de z 22 del sistema 10 de laser esta adaptado para variar la profundidad 82 del foco 80 dentro del ojo 16. Ademas, la fuente 12 de laser del sistema 10 de laser esta adaptada para variar la longitud de onda de la luz en el haz laser 14.The z 22 controller of the laser system 10 is adapted to vary the depth 82 of the focus 80 within the eye 16. In addition, the laser source 12 of the laser system 10 is adapted to vary the wavelength of the light in the laser beam 14.

Durante su utilizacion en diagnostico, la longitud de onda de la luz en el haz laser 14 puede variarse entre 700 y 1050 nm segun la profundidad del foco 80 dentro del ojo 16. La luz con longitudes de onda mas largas se desplaza mas facilmente a traves del material del ojo 16, y por tanto pueden utilizarse longitudes de onda mas largas para examinar el material que se retira adicionalmente de la superficie externa del ojo 16.During diagnostic use, the wavelength of the light in the laser beam 14 can be varied between 700 and 1050 nm according to the depth of focus 80 within the eye 16. Light with longer wavelengths travels more easily through of the material of the eye 16, and therefore longer wavelengths can be used to examine the material that is further removed from the outer surface of the eye 16.

Ademas, el modulador 18 de impulso del sistema 10 de laser esta adaptado para variar la energfa de impulso del haz laser 14. Por ejemplo, la energfa de impulso del haz laser 14 puede oscilar entre 0,5 |mJ y 0,05 mJ.In addition, the pulse modulator 18 of the laser system 10 is adapted to vary the pulse energy of the laser beam 14. For example, the pulse energy of the laser beam 14 may range between 0.5 | mJ and 0.05 mJ.

En la operacion, puede realizarse una exploracion de diagnostico variando la energfa de impulso del haz laser 14, de modo que la energfa de haz en el foco 80 del haz laser 14 es mas baja que una energfa requerida para la fotodisrupcion del tejido corneal. Despues se enfoca el haz laser 14 en un foco 80 dentro de la cornea del ojo 16, y la luz retrodispersada 86 que se forma como un multiplo de frecuencia en el foco 80 se detecta por el elemento de deteccion 50 como una senal de produccion de imagenes, para producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior.In the operation, a diagnostic scan can be performed by varying the pulse energy of the laser beam 14, so that the beam energy at the focus 80 of the laser beam 14 is lower than an energy required for photodisruption of the corneal tissue. The laser beam 14 is then focused on a focus 80 within the cornea of the eye 16, and the backscattered light 86 that is formed as a frequency multiple in the focus 80 is detected by the detection element 50 as a signal producing images, to produce image information about the inner corneal tissue.

Para recabar informacion de imagen tridimensional, el haz laser 14 se enfoca sucesivamente en focos 80 de profundidad 82 variable dentro de la cornea. Cuando se realizan exploraciones de diagnostico, el haz laser funciona en un intervalo de longitudes de onda de entre 700 y 1050 nm. A profundidades 82 sucesivas, se aumenta la longitud de onda de la luz que forma el haz laser 14 a medida que aumenta la distancia del foco 80 desde la superficie externa del ojo 16. Alternativamente, puede utilizarse una longitud de onda unica en el intervalo de 7001050 nm para multiples profundidades 82 o para todas las profundidades 82 dentro del ojo 16.To collect three-dimensional image information, the laser beam 14 focuses successively on foci 80 of varying depth 82 within the cornea. When diagnostic scans are performed, the laser beam operates in a wavelength range between 700 and 1050 nm. At successive depths 82, the wavelength of the light forming the laser beam 14 is increased as the distance of the focus 80 from the outer surface of the eye 16 increases. Alternatively, a single wavelength can be used in the range of 7001050 nm for multiple depths 82 or for all depths 82 within the eye 16.

Despues de completar la exploracion de diagnostico del tejido corneal, se aumenta la energfa de impulso del haz laser 14, de modo que la energfa de haz en el foco 80 del haz laser 14 supera la energfa requerida para fotodisrupcion del tejido corneal. En este punto, puede empezarse o reanudarse la cirugfa, y el sistema 10 de laser se utiliza para cortar y/o reconstruir el tejido corneal.After completing the diagnostic scan of the corneal tissue, the pulse energy of the laser beam 14 is increased, so that the beam energy at the focus 80 of the laser beam 14 exceeds the energy required for photodisruption of the corneal tissue. At this point, surgery can be started or resumed, and the laser system 10 is used to cut and / or reconstruct the corneal tissue.

En resumen, puede elegirse la energfa de impulso del haz laser 14 de modo que la energfa del haz en el foco 80 del haz laser 14 esta por encima o por debajo de la energfa de fotodisrupcion de colageno. Como tal, el aparato laser puede utilizarse alternativamente o bien para cortar/reconstruir tejido corneal durante cirugfa o bien para generar senales de SHG/THG que se recogen por el elemento de deteccion 50 para producir informacion de diagnostico sobre la cornea. De esta manera, puede utilizarse de manera alterna un unico sistema 10 de laser para proporcionar funcionalidad o bien de diagnostica o bien terapeutica.In summary, the pulse energy of the laser beam 14 can be chosen so that the beam energy at the focus 80 of the laser beam 14 is above or below the collagen photodisruption energy. As such, the laser apparatus can alternatively be used to either cut / rebuild corneal tissue during surgery or to generate SHG / THG signals that are collected by the detection element 50 to produce diagnostic information about the cornea. In this way, a single laser system 10 can be used alternately to provide either diagnostic or therapeutic functionality.

Claims (6)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 REIVINDICACIONES 1. Aparato laser de cirugfa ocular, que comprende1. Laser eye surgery device, comprising - una fuente (12) de laser para crear un haz laser (14) con una longitud de onda variable,- a laser source (12) to create a laser beam (14) with a variable wavelength, - unos elementos opticos (26) que estan adaptados para enfocar un haz laser que presenta una longitud de onda y una duracion de impulso en un foco (80) dentro de un tejido corneal (60-68) de un ojo (16), y- optical elements (26) that are adapted to focus a laser beam having a wavelength and a pulse duration in a focus (80) within a corneal tissue (60-68) of an eye (16), and - un elemento de deteccion (50) adaptado para detectar, como una senal de produccion de imagenes, una luz que esta formada como multiplo de frecuencia en el foco (80) y retrodispersada o emitida hacia delante, en el que se detecta la luz para producir informacion de imagen sobre el tejido corneal interior (60-68),- a detection element (50) adapted to detect, as an image production signal, a light that is formed as a frequency multiple in the focus (80) and backscattered or emitted forward, in which the light is detected for produce image information about the inner corneal tissue (60-68), en el quein which - la energfa de impulso del haz laser (14) o es regulable de modo que la energfa del haz en el foco (80) del haz laser (14) este a un nivel de energfa igual o superior al umbral para fotodisrupcion del tejido corneal (60-68), de modo que el aparato laser sea utilizable con fines terapeuticos, o bien- the pulse energy of the laser beam (14) or is adjustable so that the beam energy in the focus (80) of the laser beam (14) is at an energy level equal to or greater than the threshold for photodisruption of corneal tissue ( 60-68), so that the laser apparatus is usable for therapeutic purposes, or - la energfa de impulso del haz laser es regulable de modo que la energfa del haz en el foco (80) del haz laser (14) este a un nivel de energfa inferior al umbral para fotodisrupcion del tejido corneal (60-68), de modo que el aparato laser con sea utilizable con fines de diagnostico preoperatorio o interoperatorio, en el que se hace variar la longitud de onda variable dependiendo de la profundidad del foco (80) dentro del tejido corneal (6068) del ojo (16).- the pulse energy of the laser beam is adjustable so that the beam energy at the focus (80) of the laser beam (14) is at an energy level below the threshold for photodisruption of corneal tissue (60-68), of so that the laser apparatus is usable for preoperative or interoperative diagnostic purposes, in which the variable wavelength is varied depending on the depth of focus (80) within the corneal tissue (6068) of the eye (16). 2. Aparato laser segun la reivindicacion 1, en el que los elementos opticos (26) estan adaptados para enfocar el haz laser (14) sucesivamente en una pluralidad de focos a profundidades variables dentro del tejido corneal (60-68) del ojo (16), en el que el elemento de deteccion (50) esta adaptado para detectar, como senales de produccion de imagenes, una luz que esta formada como un multiplo de frecuencia en cada uno de dichos focos (80) y retrodispersada o emitida hacia delante, en el que la luz es detectada para recoger informacion de imagen tridimensional sobre el tejido corneal interior (60, 62, 66).2. Laser apparatus according to claim 1, wherein the optical elements (26) are adapted to focus the laser beam (14) successively on a plurality of foci at varying depths within the corneal tissue (60-68) of the eye (16 ), in which the detection element (50) is adapted to detect, as image production signals, a light that is formed as a frequency multiple in each of said foci (80) and backscattered or emitted forward, in which the light is detected to collect three-dimensional image information on the inner corneal tissue (60, 62, 66). 3. Aparato laser segun la reivindicacion 2, en el que la pluralidad de focos (80) estan en el estroma (60) del ojo (16).3. Laser apparatus according to claim 2, wherein the plurality of foci (80) are in the stroma (60) of the eye (16). 4. Aparato laser segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la longitud de onda es variable entre 700 y 1050 nm.4. Laser apparatus according to one of the preceding claims, wherein the wavelength is variable between 700 and 1050 nm. 5. Aparato laser segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que una duracion de impulso de femtosegundos esta comprendida entre 10 y 400 fs.5. Laser apparatus according to one of the preceding claims, wherein a pulse duration of femtoseconds is between 10 and 400 fs. 6. Aparato laser segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que el multiplo de frecuencia es una senal por generacion del segundo armonico (SHG) o por generacion del tercer armonico (THG).6. Laser apparatus according to one of the preceding claims, wherein the frequency multiple is a signal by generation of the second harmonic (SHG) or by generation of the third harmonic (THG).
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